python程序控制结构

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一、python程序控制结构介绍

计算机程序由多行代码组成，这些代码是按照一定的结构来组织的，这些结构称为程序控制结构。

python程序的三种结构：

• 顺序结构是最简单的一种结构，计算机在执行顺序结构的程序是，按照书写的代码的先后顺序，自上而下的逐条执行，中间没有跳跃和重复。
• 选择结构也称为分支结构，程序根据条件判断结构来选择不同的执行路径，根据分支路径的完备性选择结构包括单分支结构和双分支结构，双分支结构组合形成多分支结构。
• 循环结构是让计算机重复执行某些语句的结构，在循环结构中，也存在一个条件，计算机执行到循环结构时，会根据条件是否满足来判断是否需要重复执行某些语句，执行一次那些语句后，再对条件进行判断，看是否需要再一次执行那些语句，如果不需要就退出循环结构。

二、顺序结构

输入和输出都是以计算机主机作为主体，从计算机向外部设备输送数据称为输出，从外部设备向计算机输送数据称为输入。

2.1、print()函数

在Python中，print()函数是用于将指定的内容打印到控制台；可以打印文本字符串、数字、变量等。

print()函数的功能：

• 输出常量信息，如果希望输出常量，就将常量写在输出项的位置，直接输出该常量的值。
• 输出变量的值，如果希望输出变量的值，就将变量名写在输出项的位置，输出执行运算后该变量的值。
• 输出表达式的值，如果希望计算并输出表达式的值，就在输出项的位置书写表达式，输出该表达式计算的结果。
• 输出多项内容时需要使用“，”将其隔离，即可输出多项内容。

以下是print()函数的使用：

print("Hello, World!")D:\pythonLED\python.exe E:/pythonProject/1.py
Hello, World!Process finished with exit code 0

name = "Alice"
age = 30
print("My name is", name, "and my age is", age)D:\pythonLED\python.exe E:/pythonProject/1.py
My name is Alice and my age is 30Process finished with exit code 0

2.2、end参数

在 Python 的 print() 函数中，end 参数表示在打印内容后要添加的结尾字符，默认情况下是换行符 “\n”。当使用 print() 函数打印多个内容时，每次调用 print() 函数默认会在内容后自动添加换行符，使得每个内容都单独显示在一行上。

通过指定 end 参数，可以改变默认的结尾字符为其他字符，或者干脆不添加结尾字符。

以下是end参数的使用：

print("Hello", end=" ")
print("World", end="!!!")D:\pythonLED\python.exe E:/pythonProject/1.py
Hello World!!!
Process finished with exit code 0

print("Hello", end="")
print("World")D:\pythonLED\python.exe E:/pythonProject/1.py
HelloWorldProcess finished with exit code 0

2.3、input()函数

input()函数的功能是从键盘获取数据，然后保存到指定的变量中，input()函数获取的数据都以字符串的形式输入，即使通过键盘输入的是数字，input()函数得到的也是字符串，如果希望把键盘输入的数据转为数值类型，可以在使用input()函数时搭配eval()函数，eval()函数的功能是将字符串的引号去掉，然后对引号中的表达式进行解析和计算。

以下是input()函数与eval()函数一起使用的代码：

curname = input('你现有金额是多少：')
print('请输入：',curname,'兑换美元的汇率是：',end="")
rate = eval(input())
amount = eval(input("请输入你需要兑换的美元的数量："))
print(amount * rate,curname,'可以兑换：',amount,'美元')D:\pythonLED\python.exe E:/pythonProject/1.py
你现有金额是多少：100
请输入： 100 兑换美元的汇率是：7.28
请输入你需要兑换的美元的数量：10
72.8 100 可以兑换： 10 美元Process finished with exit code 0

三、选择结构

3.1选择结构的用途

选择结构通过一个或多个条件的计算结果（True或False）选择性执行备选语句块。

选择结构可以分为单分支结构，双分支结构和多分支结构。

单分支结构：该结构中只有一个条件，功能是当条件成立时执行某行语句块，当条件不成立时直接跳过这个分支。

双分支结构：该结构中只有一个条件，功能是当条件成立时执行语句块1，不成立时执行语句块2。

多分支结构：该结构中有多个条件，每个条件对应一个语句块，其功能是根据给定的条件成立与否，从多个方案中选择某一个方案来执行。

单分支结构代码如下：

s = eval(input("车辆速度为："))
ls = eval(input("限制速度为："))
if s > ls:print("车辆超速")D:\pythonLED\python.exe E:/pythonProject/1.py
车辆速度为：50
限制速度为：60Process finished with exit code 0

s = eval(input("车辆速度为："))
ls = eval(input("限制速度为："))
if s > ls:print("车辆超速")D:\pythonLED\python.exe E:/pythonProject/1.py
车辆速度为：80
限制速度为：50
车辆超速Process finished with exit code 0

双分支结构代码如下：

s = eval(input("车辆速度为："))
ls = eval(input("限制速度为："))
if s < ls:m = '正常通过'
else:m = '超速通过'
print("车辆",m)D:\pythonLED\python.exe E:/pythonProject/1.py
车辆速度为：50
限制速度为：60
车辆 正常通过Process finished with exit code 0

s = eval(input("车辆速度为："))
ls = eval(input("限制速度为："))
if s < ls:m = '正常通过'
else:m = '超速通过'
print("车辆",m)D:\pythonLED\python.exe E:/pythonProject/1.py
车辆速度为：80
限制速度为：60
车辆 超速通过Process finished with exit code 0

多分支结构代码如下：

s = int(input("车辆速度为："))
ls = 50
r = (s-ls) /ls
if r < 0.1:m = '正常通过'
elif 0.1 < r < 0.2:m = '罚款40元'
elif 0.2 < r < 0.3:m = '罚款50元'
elif 0.3 < r < 0.4:m = '罚款60元'
elif 0.4 < r < 0.5:m = '罚款70元'
elif 0.5 < r < 0.6:m = '罚款80元'
else:m = '车辆扣留'
print("车辆",m)D:\pythonLED\python.exe E:/pythonProject/1.py
车辆速度为：100
车辆 车辆扣留Process finished with exit code 0

s = int(input("车辆速度为："))
ls = 50
r = (s-ls) /ls
if r < 0.1:m = '正常通过'
elif 0.1 < r < 0.2:m = '罚款40元'
elif 0.2 < r < 0.3:m = '罚款50元'
elif 0.3 < r < 0.4:m = '罚款60元'
elif 0.4 < r < 0.5:m = '罚款70元'
elif 0.5 < r < 0.6:m = '罚款80元'
else:m = '车辆扣留'
print("车辆",m)D:\pythonLED\python.exe E:/pythonProject/1.py
车辆速度为：50
车辆 正常通过Process finished with exit code 0

s = int(input("车辆速度为："))
ls = 50
r = (s-ls) /ls
if r < 0.1:m = '正常通过'
elif 0.1 < r < 0.2:m = '罚款40元'
elif 0.2 < r < 0.3:m = '罚款50元'
elif 0.3 < r < 0.4:m = '罚款60元'
elif 0.4 < r < 0.5:m = '罚款70元'
elif 0.5 < r < 0.6:m = '罚款80元'
else:m = '车辆扣留'
print("车辆",m)

四、循环结构

循环结构是控制程序运行的一类重要结构，与选择结构控制程序执行类似，它的作用是根据某个条件控制一段语句被重复执行的次数。

4.1循环结构的构造

4.1.1、循环结构的三个要素

循环结构可以划分为三个部分：

• 一是重复执行的程序块或语句组，称为循环体。
• 二是循环条件，用于控制程序流程是继续进入循环体还是退出循环体终止循环操作。
• 三是循环体内的变量，这些变量的初值需要在循环开始前设定，这就是循环的初始化。

设计循环体：将需要被重复执行的语句放入循环体。

设置循环条件：采用“计数”或“设置条件”等方法，在这里控制循环的变量称为循环变量。

初始化：对循环中要使用的变量赋初值。

4.1.2、循环结构的一个要求

循环条件中通常有一个变量，这个变量的值一开始是符合条件要求的，但是当循环不断执行时，这个变量的值也在不断变化，最终这个变量的值将不再满足条件要求，这个时候循环结束。这个控制循环执行或结束的变量称为循环变量。为了防止进入无限循环，这里必须对循环变量有“一个要求”：循环变量必须在循环体内变化，只有满足了这个要求，循环变量才能逐渐逼近循环条件的临界点，最终控制循环结束。

4.1.3、循环结构的一个关系

在循环体中可能出现另一些变化的量，我们的解决方法就是去找这些变化的量与循环变量之间的关系，这就是循环结构中的“一个关系”。也就是说，利用循环变量在循环过程中不断变化这个基础，找出变化的量与循环变量之间的演变关系，来确定变化的量。

4.2、循环语句

4.2.1、while语句

while语句是一种控制流语句，用于在给定条件为真时重复执行一段代码块。
基本语法

• 结构：while语句的基本格式是while 判断条件： #执行语句。这里的判断条件是一个布尔表达式，当它评估为True时，循环体内的语句将被执行。
• 循环体：执行语句可以是单个语句或语句块。如果循环体内只有一条语句，可以和while写在同一行，如果有多条语句，需要缩进形成代码块。

判断条件

• 表达式：判断条件通常是比较运算符或逻辑运算符组成的表达式。只要这个表达式的值为True，循环就会继续执行。
• 更新：通常在循环体内部会包含至少一个语句来修改判断条件中的变量，以避免造成无限循环。

流程控制

• break和continue：在while循环中，可以使用break来立即退出循环，使用continue来跳过当前迭代的剩余部分并进入下一次循环。
• else子句：在while循环后可以使用可选的else子句，当循环正常结束（而非由于break）时，会执行else块中的代码。

注意事项

• 避免无限循环：确保循环有一个明确的退出条件，否则可能会造成程序挂起或过高的资源消耗。
• 变量作用域：在循环内部定义的变量将影响循环的行为，应谨慎管理这些变量的作用域和值。

s = 0
b = 1
while b < 10:s = s + bb += 1print("1+2+3+4+5+6+7+8+9=",s)D:\pythonLED\python.exe E:/pythonProject/1.py
1+2+3+4+5+6+7+8+9= 1
1+2+3+4+5+6+7+8+9= 3
1+2+3+4+5+6+7+8+9= 6
1+2+3+4+5+6+7+8+9= 10
1+2+3+4+5+6+7+8+9= 15
1+2+3+4+5+6+7+8+9= 21
1+2+3+4+5+6+7+8+9= 28
1+2+3+4+5+6+7+8+9= 36
1+2+3+4+5+6+7+8+9= 45

capital = 10000
interest = 0.008
t = 1
while capital <= 100000:capital = capital * (1 + interest)t += 1
print(t)D:\pythonLED\python.exe E:/pythonProject/1.py
290

while True:print("当前计数为：", count)count += 1if count == 5:print("计数达到5，跳过本次迭代")continueif count == 10:print("计数达到10，退出循环")breakD:\pythonLED\python.exe E:/pythonProject/1.py
当前计数为： 0
当前计数为： 1
当前计数为： 2
当前计数为： 3
当前计数为： 4
计数达到5，跳过本次迭代
当前计数为： 5
当前计数为： 6
当前计数为： 7
当前计数为： 8
当前计数为： 9
计数达到10，退出循环

4.3.1、for语句

for语句在Python编程中扮演着核心角色，特别是在处理集合数据时，其简洁的语法和强大的功能使得它成为最常用的控制流结构之一。

基本语法与结构：

• for语句的基本语法格式是for 变量 in 序列： #执行的代码块。这里的“变量”会依次从“序列”中取值，每取一个值执行一次代码块中的语句。
• 例如，使用for循环遍历一个包含五个元素的列表，可以按照for i in [0, 1, 2, 3, 4]: print(i)的形式编写代码。

遍历与操作：

• 当序列为字符串时，for循环可以逐个字符地遍历字符串。例如，for char in “Hello”: print(char)将会分别输出字符’H’, ‘e’, ‘l’, ‘l’, ‘o’。
• 如果需要在遍历过程中获取元素的索引，可以使用内置函数enumerate()。例如，for index, value in enumerate([“a”, “b”, “c”]): print(index, value)会输出每个元素的索引和值。

range()与循环次数：

• range()函数常与for循环一起使用，以指定循环的次数。例如，for i in range(5): print(i)将打印数字0到4，适用于需要在确定次数内重复执行代码的场景。
• range()函数还支持设置起始值，结束值以及步长，例如range(1, 10, 2)生成一个从1开始到10（不含）结束的序列，步长为2。

嵌套循环与复杂控制：

• for循环可以嵌套使用，以处理更复杂的任务。例如，打印一个乘法表可以利用两层for循环来实现：for i in range(1, 10): for j in range(1, i+1): print(f"{j}x{i}={j*i}“, end=” ")。
• 类似于while循环，for循环也可以使用break和continue语句来控制循环的流程。break用于完全退出循环，而continue用于跳过当前迭代。

错误与避免无限循环：

• 在使用for循环时，应注意防止因逻辑错误导致的无限循环。尽管for循环由于其明确的迭代次数而较少遇到此类问题，但错误的循环终止条件仍然可能导致程序挂起。

s = 0
for i in range(1,11):s = s + i
print("1+2+3+4+5+6+7+8+9=",s)D:\pythonLED\python.exe E:/pythonProject/1.py
1+2+3+4+5+6+7+8+9= 55

s = 0
i = 1
t = 1
while abs(t) >= 10 ** (-5):t = (1 / (2 * i - 1)) * (-1) ** (i + 1)s += ti = i + 1
pi = s * 4
print("pi=",pi)D:\pythonLED\python.exe E:/pythonProject/1.py
pi= 3.141612653189785

五、程序异常处理

程序中的错误分为语法错误和逻辑错误，语法错误是程序中使用的语句格式存在错误，这些错误必须在程序执行前纠正，纠正程序的语法错误后，剩下的就是逻辑错误；产生逻辑错误的原因有很多种，可能是算法设计时考虑不周，或是输入不当；当python检测到一个错误时，python解释器就会中断程序允行，并在控制台给出错误信息，这种情况称为异常。

为了让程序在运行时具有更强的稳健性，不因异常中断运行，开发人员会在设计程序时加入一些异常处理语句，这种操作就称为异常处理。

5.1、python中常见的异常类型

TypeError

• 描述：当操作或函数应用于不适当类型的对象时引发。例如，将字符串和整数进行加法运算会触发此异常。
• 示例：a = 5 + ‘10’。这里尝试将一个整数和一个字符串相加，由于类型不匹配，Python会抛出TypeError。

ValueError

• 描述：当函数或操作的参数具有正确的类型但是值不合法时引发。例如，尝试将非数字字符串转换为整数会触发此异常。
• 示例：int(‘abc’)。这里尝试将字符串’abc’转换为整数，由于’abc’无法被解析为有效的整数值，因此会抛出ValueError。

NameError

• 描述：当尝试访问一个未定义的变量时，会抛出此异常。
• 示例：print(x)，其中x是未定义的变量，Python会因为找不到变量x的定义而抛出NameError。

IndexError

• 描述：当尝试访问列表、元组或字符串中不存在的索引时引发。这通常发生在尝试访问超出序列范围的索引时。
• 示例：a = [1, 2, 3]; print(a[3])。由于列表a只有三个元素，试图访问第四个元素（索引为3）时，将抛出IndexError。

KeyError

• 描述：当尝试访问字典中不存在的键时引发。此异常用于处理字典中的键查找异常情况。
• 示例：d = {‘a’: 1, ‘b’: 2}; print(d[‘c’])。在字典d中尝试访问键’c’，由于该键不存在，因此会抛出KeyError。

ZeroDivisionError

• 描述：当尝试除以零时引发。这是数学中的基本错误，任何数除以0都是未定义的。
• 示例：a = 5 / 0。这里尝试将5除以0，由于除数不能为零，因此会引发ZeroDivisionError。

try:num = eval(input("请输入一个整数："))print(num + "a")
except NameError:print("输入错误，请输入一个整数：")
except:print("其他错误！")D:\pythonLED\python.exe E:/pythonProject/1.py
请输入一个整数：ss
输入错误，请输入一个整数：

try:num = eval(input("请输入一个整数："))print(num + "a")
except NameError:print("输入错误，请输入一个整数：")
except:print("其他错误！")D:\pythonLED\python.exe E:/pythonProject/1.py
请输入一个整数：5
其他错误！

try:num = eval(input("请输入一个整数："))print(num + "a")
except NameError:print("输入错误，请输入一个整数：")
except:print("其他错误！")
else:print("没有异常报错！")
finally:print("程序执行完毕！")D:\pythonLED\python.exe E:/pythonProject/1.py
请输入一个整数：s
输入错误，请输入一个整数：
程序执行完毕！

try:num = eval(input("请输入一个整数："))print(num + "a")
except NameError:print("输入错误，请输入一个整数：")
except:print("其他错误！")
else:print("没有异常报错！")
finally:print("程序执行完毕！")D:\pythonLED\python.exe E:/pythonProject/1.py
请输入一个整数：5
其他错误！
程序执行完毕！